[發明專利]超聲波換能器及其裝配方法以及包括至少一個這種換能器的流量計

在審

• 申請號: 201680009322.X
• 申請日: 2016-02-09
• 公開（公告）號: CN107206427A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: M·扎伊丹;A·拉蒙;M·明庫斯
• 申請（專利權）人: 法國雅泰科公司
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 馬文斐

技術領域

本發明涉及一種超聲波換能器，所述超聲波換能器可尤其用于對流體流量的測量特別是對液體流量的測量。本發明延伸到一種制造這種超聲波換能器的制造方法。本發明還延伸到一種流量計，所述流量計包括處在流體流中的至少一個這種超聲波換能器，尤其是面對面的至少兩個超聲波換能器。

背景技術

借助于至少一個超聲波換能器對超聲波在流體中行進時間的測量能夠推導出所述流體的流量。然而，多個因素可能干擾所述超聲波的路徑并因此降低所述測量的精確性，甚至是使所述測量完全出錯。所有接近所述換能器的環境元件都可能干擾經接收的信號并造成不精確性，所述不精確性尤其是來自于干擾反射以及壓電堆積的較低信號/噪聲比。

實際上，由已知的超聲波換能器發送的信號在很大程度上取決于每個應用，并且需在每個裝配之后經受校準。

已知設置使材料的厚度與所述壓電晶片中的超聲波的波長的四分之一成比例，以便實施使阻抗適配并且限制干擾反射。

還從FR2063324已知一種超聲波換能器，所述超聲波換能器包括壓電片體和布置在所述壓電片體的后表面側的緩沖器，所述后表面與所述壓電片體的前振動表面相反，所述緩沖器具有圓柱體的形狀，所述圓柱體的其中一個端部上由錐體端接，該形狀能夠緩沖由所述壓電片體的后表面發射的聲波。所述緩沖器還具有非常長的長度，以便減弱來自于所述壓電片體的后表面的超聲波，這種長尺寸使得根據FR2063324的換能器的使用與應用不兼容，在所述應用中，所述超聲波換能器的空間尺寸需盡可能地小，尤其是在測量在管道中的流體流量的情況下。

然而盡管有這些預防措施，已知的超聲波換能器仍未獲得足夠的可靠性和精確性，使得在日常用途中使用所述超聲波換能器以例如用于對在供水或廢水排放的導管或管道中的流體流量的測量是受限制的。而且，已知的超聲波換能器的缺點在于，已知的超聲波換能器對所述流體的溫度變化敏感，這進一步增加了測量的不精確性。在現有技術中設置使材料的厚度等于所述壓電晶片中的超聲波的波長的四分之一或與所述壓電晶片中的超聲波的波長的四分之一成比例的行為能夠在某些測量中避免干擾反射，但仍不足以克服與所述干擾反射相關的問題，這尤其是因為所述干擾反射還取決于溫度。然而，不可能在溫度發生變化時改變圍繞所述壓電晶片的材料的厚度。

發明內容

因此，本發明旨在通過提供一種具有經改善的精確性和可靠性的超聲波換能器來克服這些缺點，尤其是當流體的溫度發生變化時。

本發明還更具體地旨在提供一種超聲波換能器，該種超聲波換能器具有較高信號/噪聲比并且能夠測量可靠的流體流量。

本發明還旨在提供一種超聲波換能器，該種超聲波換能器具有足夠良好的精確性、可靠性、耐用性和耐侵蝕環境性(特別是在液態介質中)，以能夠將所述超聲波換能器用于商業或法規的目的。

本發明旨在提供一種超聲波換能器，該種超聲波換能器能夠克服損害對流體流量的測量的可靠性的干擾反射問題。

本發明還旨在提供一種超聲波換能器，該種超聲波換能器具有較小尺寸，尤其是具有足以允許所述超聲波換能器浸沒在流體流中的足夠小的尺寸，所述流體流具有足以允許在所述流體流中使用所述超聲波換能器以例如用于對流量的測量的足夠小的流動干擾。

本發明還旨在提供一種超聲波換能器，該種超聲波換能器可按照與該超聲波換能器在工業規模上的運用和在日常用途中的使用兼容的成本大批量地制造，以例如用于對在供水或廢水排放的導管或管道中的流量的測量。

本發明還旨在提供一種制造具有相同優點的超聲波換能器的制造方法。因此，本發明特別是旨在提供一種低成本的制造方法，該種制造方法可在與該制造方法在工業規模上的運用兼容的條件下大批量地實施。

本發明還旨在提供一種包括至少一個超聲波換能器的流量計，所述流量計具有較低的制造和使用成本，同時具有經改善的精確性和可靠性，尤其是當流體的溫度發生變化時。

為此，本發明涉及一種超聲波換能器，所述超聲波換能器包括：

-至少一個壓電晶片，所述至少一個壓電晶片具有平行的兩個平坦的主要表面：正面表面和背面表面，

-至少一個背面盤，所述至少一個背面盤具有平行的兩個平坦的主要表面：前表面和后表面，所述背面盤的前表面與所述壓電晶片的背面表面面對并且接觸地延伸，

其特征在于，

-所述背面盤具有的厚度在所述壓電晶片的厚度的三倍與十倍之間，特別是在所述壓電晶片的厚度的三倍與七倍之間，